棒曲霉素（PAT）是一种广泛存在于霉变水果及其制品中的有毒真菌代谢物，对人类和动物健康构成严重威胁。然而，果蔬样品基质复杂，检测低含量PAT在灵敏度和选择性方面仍面临挑战。

目前，PAT的检测主要依赖高效液相色谱、液相色谱-串联质谱等色谱技术，这些方法虽准确但成本高、速度慢。随着智能技术的发展，开发低成本、快速、智能的分析技术成为趋势。酶基生物燃料电池（EBFCs）作为一种新兴的自供电传感器，因其无需外部电源、特异性好、可使用便携设备（如万用表）读取信号，在即时检测领域展现出潜力。然而，自供电传感器生物阳极中的葡萄糖氧化酶（GOD）在催化葡萄糖氧化时产生的过氧化氢会抑制其自身活性，限制了传感器的检测范围和灵敏度。

为克服此瓶颈，本研究制备了具有过氧化物酶样活性的普鲁士蓝（PB），并通过1,3,5-苯三甲酸（H₃BTC）螯合减少晶体缺陷，再负载金纳米颗粒（AuNPs）以增强其导电性和催化活性，构建了PB@H₃BTC@AuNPs@GOD复合体系。该体系旨在分解GOD产生的H₂O₂，并将生成的氧气回供给GOD，形成催化循环，从而显著缓解GOD的“中毒”现象，提高生物阳极的催化效率和传感器信号输出。为进一步提升对痕量PAT的检测灵敏度，本研究将DNA步行者技术与滚环扩增（RCA）、催化发卡组装（CHA）相结合，设计了DNA步行者介导的RCA-CHA级联放大策略，将PAT分子信号转化为可大幅放大的核酸信号，从而实现了超高灵敏度的检测。

研究内容

图1.传感器的电化学表征

电化学阻抗谱（EIS）显示，阴极和阳极在逐步修饰（碳布→PB@H3BTC@AuNPs→捕获探针Cap/GOD→RCA-H1-H2产物）后，电荷转移电阻规律性增加，证明了电极的成功组装。恒电位测试表明，制备的生物电极在5分钟内电压变化小（生物阴极2.4%，生物阳极3.8%），稳定性良好，满足测试要求。差分脉冲伏安法（DPV）测试显示，加入PAT的阴极峰电流（0.726 mA）显著高于空白（0.328 mA），证明生物阴极对PAT信号有良好响应；且电解液中亚甲基蓝的存在能大幅增强DPV信号。循环伏安法（CV）和线性扫描伏安法（LSV）分析表明，葡萄糖能增强阳极的氧化还原反应，而PB@H3BTC@AuNPs修饰的阳极具有最低的塔菲尔斜率（47.95 mV/dec），催化效率最佳。

图2.传感器性能分析

用万用表测量生物电池的瞬时电流，在10⁻¹³ 至 10⁻⁵ mg/mL的宽浓度范围内，电流值与PAT浓度的对数呈良好线性，检出限低至2.8×10⁻¹⁴ mg/mL。同时，随着PAT浓度增加，电解液中亚甲基蓝被消耗，其RGB蓝色值升高，在相同浓度范围内亦呈线性，检出限达1.8×10⁻¹⁴ mg/mL，比比色法更灵敏。传感器稳定性测试表明，在4°C储存12天后，对不同浓度PAT的DPV信号日均损失率仅为0.5%-1.1%，稳定性好。

图3.香蕉样本测试

样本经过前处理后，利用该传感器进行检测，并与紫外光谱定量方法的结果进行比较。实验数据显示，该方法对实际香蕉样本中的PAT仍具有高选择性，回收率在80.0%至106.0%之间。

本研究成功构建了一种用于棒曲霉素（PAT）超灵敏检测的自供电电化学/比色双模传感平台。该平台的核心创新在于：1）设计了基于适配体的DNA步行子，将PAT识别转化为核酸信号，并触发RCA-CHA级联放大反应，产生了大量可吸附亚甲基蓝的DNA产物（RCA-H1-H2），实现了信号的高效放大；2）制备了PB@H3BTC@AuNPs复合纳米酶并与GOD偶联，有效缓解了生物阳极中GOD因H₂O₂积累而“中毒”的问题，显著提升了阳极催化效率和传感器输出性能。该传感器对PAT的检测限低至10⁻¹⁴ mg/mL（阿托摩尔级），具有宽线性范围、高稳定性、优异选择性和重现性。在香蕉实际样本中回收率良好，验证了其实用性与可靠性。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.bios.2026.118408